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国金证券-信息技术产业行业研究:AI+散热,站上新风口
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公社达人
2023-04-23 19:58:04

投资逻辑

AI 带动算力芯片、IDC 机柜功率密度升高,液冷降低能耗压力,满足数据中心建设需求随着 AI 模型训练推理等应

用增加,多样化算力协同成常态,英伟达 H100 功率达 700-800WIT 机柜主流功率密度将从 6-8KW/柜提高到 12- 15KW/柜,超算、智算中心功率密度将提升至 30kW 以上。后摩尔定律时代 AI 芯片性能和功耗(含热设计功耗同步 大幅提升,风冷芯片级散热功耗上限在 800W 左右,风冷达到功率上限后性价比下降。液体吸热能力更强,水的热导 率是空气的 23 倍以上。多地对数据中心提出规划方案,要求新建数据中心 PUE 限制在 1.3 以下,存量数据中心 PUE 不高于 1.4。据 uptime institute,数据中心 PUE 下降趋势放缓,亟需冷板式/浸没式液冷技术降低 PUE 和整体能耗。

芯片级散热模块价值量成倍提升,液冷系统价值量高且经济效益突出。目前芯片级散热主要以由热管、均热板和 3D

VC 等构成的风冷散热模组为主,对应的散热功耗上限、成本差距明显,风冷对应功耗上限在 700-800W传统风冷模 块单机价值量是 15-20 美金,随着功耗提升 3D VC 价值量翻倍,水冷功耗可突破千瓦,价值量有 3-4 倍差距。制冷 系统是 IDC 前期建设和后期运营的主要成本之一,根据施耐德电气和 CDCC 统数据,制冷系统在数据中心 CAPEX 20-25%OPEX 电力成本占 40%。市场普遍认为液冷初始投资较高且后期维护较复杂,我们根据施耐德电气测算发现,液冷数据中心建设能够去掉冷冻水机组、减少机架和节省 IDC 占地面积,降低 IDC 前期整体建设成本;同时液冷更 加节能,节省电费减少运营成本。测算表明,功率密度为 10kW/机架风冷和液冷数据中心的投资成本大致相等(7 美 元/kw。在提升数据中心功率密度时,液冷数据中心在节省占地空间和机架数量的成本优势愈发明显,提升 2 倍功 率密度(每机架 20kW可使初投资可降低 10%提升 4 倍功率密度(每机架 40kW可节省 14%的投资成本。制冷系

统在整个前期 CAPEX 占比也由风冷的 15%提升至液冷的 30%对应制冷系统价值量由 0.98 美元/W 提升至 1.83 美元/WAIGC 驱动芯片级散热模块、液冷市场总量增加和边际增速提升当前冷板式液冷采用微通道强化换热技术具有极高 的散热性能,行业成熟度最高;浸没式和喷淋式液冷实现 100% 液体冷却具有更优的节能效果。当前通用算力机架规

模占比超过 90%,超算、智算中心逐步从早期实验探索走向商业试点,预期规模增速将达到 70%。我们测算,国内科技公司和院校推出的 AI 大模型训练+推理会带来 40 亿元的液冷市场空间,随着模型参数增加、日活增加和时延降低等发展,未来四年带来液冷市场 60%+复合增速,其中服务器芯片级散热模块保持 29%复合增速。

 投资建议

我们认为 AI 大模型有望引领算力需求升级,带动高功率密度的智算和超算中心建设,加速配套设施液冷系统导入市场,未来伴随新建数据中心建设和存量数据中心改造,整体渗透率有望快速提升,同时高功耗也有望带动散热系统向芯片级升级。当前液冷行业仍处在发展早期,看好在技术+产能领先布局的厂商。

考虑到竞争壁垒在于对场景定制化程度的理解、平台化能力的快速延展,我们建议从三条主线关注液冷技术的发展和投资机会:1)华为电气-艾默生系的专业温控厂商:最早从事精密空调研发设计,具备多年的产业洞察,对技术研发具备前瞻性,且形成平台化的散热布局,赋能多行业应用;2)布局液冷技术的服务器厂商:冷却技术由房间级向行级甚至服务器内部芯片级延伸,能够参与液冷技术方案的服务器厂商,有望更快抓住算力升级的产业机遇,强化产品竞争力;3)提供包含芯片级散热的完整解决方案的供应商:芯片作为服务器核心热量源,随着高算力、高性能、先进制程芯片功耗的提升,散热方案向服务器内部芯片级升级,芯片级散热由风冷系统向液冷升级。

推荐组合:英维克、中兴通讯、中科曙光(曙光数创、浪潮信息、依米康、富信科技、中石科技。

一个大模型训练+推理需要的散热量

 计算结果表明,一个设计容量为 5MW、单机柜功率密度 20kW 的数据中心前期建设成本为 20 /W其中制冷系统占比为 35%对应冷板式液冷成本在 7108 /kW。浸没式液冷所

需要的绝缘冷却液成本较高,我们预计其成本在 25000 /kW

冷板式液冷成本在 7100 /kW

 当前冷板式液冷技术成熟度较高,在液冷技术路线中处于主流,假设当前占比为 80%。未来随着浸没式液冷技术成熟及,整体占比有望逐步提升。综合测算,AI 大模型训练+推理会带来 40 亿元的液冷市场空间,随着模型参数增加、使用推广,未来四年带来液冷市场 60%+年复合增速。

AI  拉动的数据中心液冷系统市场规模

 根据我们测算,预计服务器散热模块规模至 2026 年能保持接近 30%的复合增长。基于以下假设:1IDC 预测 2026 年全球服务器出货量 1877 万台2AI 服务器的占比逐年提升;3随着功率增加,水冷渗透率提升,水冷服务器数量每年以 25%增长4随着功率增加散热要求提升,风冷、水冷 ASP 价格逐年上涨,分别为 15%10%

全球服务器散热模块市场规模测算

 四、投资建议

我们认为 AI 大模型有望引领算力需求升级,带动高功率密度的智算和超算中心建设,加 速配套设施液冷系统导入市场,未来伴随新建数据中心建设和存量数据中心改造,整体 渗透率有望快速提升。当前液冷行业仍处在发展早期,看好在技术+产能领先布局的厂商。

考虑到竞争壁垒在于对场景定制化程度的理解,平台化能力的快速延展,我们建议从三条主线关注液冷技术的发展和投资机会:1)华为电气-艾默生系的专业温控厂商:最早从事精密空调研发设计,具备多年的产业洞察,对技术研发具备前瞻性,且形成平台化的散热布局,赋能多行业应用;2)布局液冷技术的服务器厂商:冷却技术由房间级向行级甚至服务器内部芯片级延伸,能够参与液冷技术方案的服务器厂商,有望更快迎来算力升级的机遇,强化产品竞争力;3)提供包含芯片级散热的完整解决方案的供应商:芯片作为服务器核心热量源,随着芯片功率提升,散热方案向服务器内部芯片级升级。

4.1       主线一:华为电气-艾默生系的专业第三方温控厂商

国内机房空调市场一超多强,维谛技术龙头地位稳固。据 ICT Research 数据2019 国内机房空调市场维谛技术市占率 30%左右,佳力图、艾特网能、依米康、华为和英维克各占 10%左右。维谛技术前身是艾默生网络能源,在数字基础设施领域深耕多年,连16 年在国内机房空调市场排名第一。全球范围内,维谛技术有广泛的客户基础,目前

在网运行超过 100 万套空调产品,未来存量数据中心产品替换具有规模优势。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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